河北工业大学Adv Mater：Y和Co双掺杂增强CeO2的碱性HER

纳米技术

2024-06-13

储量丰富的金属氧化物通常具有稳定性，但是氧化物没有合适的氢中间体的吸附，因此氧化物对于HER反应是惰性的。

有鉴于此，河北工业大学李敬德教授、刘桂华副教授等通过质量比较重的稀土和过渡金属双掺杂策略，在CeO₂内产生晶格应力，并且稳定氧空穴位点，从而显著提高CeO₂的碱性HER。

本文要点

(1)

稀土元素Y和过渡金属Co双掺杂能够产生压缩晶格应力，并且提高氧空穴位点的密度，能够增强水分子在氧空穴位点解离，改善氧空穴相邻位点的氢吸附，因此显著增强HER电催化动力学。

(2)

稀土元素Y掺杂的Y-O化学键比Ce-O化学键更强，因此Y掺杂能够稳定氧空穴位点，实现优异的稳定性。Y,Co-CeO₂双掺杂氧化物电催化剂具有超低的HER过电势（27 mV, 10 mA cm^-2）和Tafel斜率（48 mV dec^-1），性能超过了Pt电催化剂。当使用Y,Co-CeO₂构筑阴离子交换膜电解槽，能够在600 mA cm^-2电流密度稳定工作500 h。这种晶格应力调控和氧空穴稳定的协同策略有助于理性设计高效率且稳定的氧化物HER电催化剂。

参考文献

Xiaojing Liu, Shuaichong Wei, Shuyi Cao, Yongguang Zhang, Wei Xue, Yanji Wang, Guihua Liu, Jingde Li, Lattice Strain with Stabilized Oxygen Vacancies Boosts Ceria for Robust Alkaline Hydrogen Evolution Outperforming Benchmark Pt, Adv. Mater. 2024

DOI: 10.1002/adma.202405970

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202405970